海上风力机在不同风载荷作用下的抗撞击性能研究
Study on crashworthiness of offshore wind turbines under different wind loads
- 机械强度 2026年48卷第1期 页码：150-158
- 作者机构：
上海理工大学 能源与动力工程学院，上海 200093
- 作者简介：
刘坤鹏，男，1999年生，湖北荆州人，硕士研究生；主要研究方向为海上风力发电；E-mail：asd15102706701@163.com。
李春（通信作者），男，1963年生，北京人，博士，教授，博士研究生导师；主要研究方向为流体机械及工程、风能高效转换与应用、叶轮机械气动力学；E-mail：lichun_usst@163.com。
- 基金信息：国家自然科学基金项目(52375193;52376204;52106262;52006148);上海市IV类高峰学科-能源科学与技术-上海非碳基能源转换与利用研究院建设项目
DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.019
中图分类号： TK83收稿：2024-02-28，
修回：2024-04-28，
纸质出版：2026-01-15
- 稿件说明：
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刘坤鹏，王瑀琎，赵鑫磊，等. 海上风力机在不同风载荷作用下的抗撞击性能研究［J］. 机械强度，2026，48（1）：150-158.
LIU Kunpeng，WANG Yujin，ZHAO Xinlei，et al. Study on crashworthiness of offshore wind turbines under different wind loads［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（1）：150-158.
刘坤鹏，王瑀琎，赵鑫磊，等. 海上风力机在不同风载荷作用下的抗撞击性能研究［J］. 机械强度，2026，48（1）：150-158. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.019.
LIU Kunpeng，WANG Yujin，ZHAO Xinlei，et al. Study on crashworthiness of offshore wind turbines under different wind loads［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（1）：150-158. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.019.
摘要
目的
2
海上风力机存在与船舶碰撞的风险，其中风载荷的作用不可忽视，目前已有的研究往往采用稳态风载荷，这与实际情况有所出入。
方法
2
采用更符合实际工况的瞬态风载荷，使用Ls-Dyna软件模拟不同风速和风向下3种类型的海上风力机与船舶的碰撞过程，并分析碰撞过程中风力机基础的动态响应、抗撞击性能及其影响因素。
结果
2
结果表明，单桩基础风力机的抗撞击性能最差，对载荷的敏感性最强，导管架基础风力机的综合抗撞击性能最好；相较于风速和风向，船速对风力机结构安全的影响更大，当船速不超过4 m/s时，风力机仍可在额定风速下正常运行，但存在一定的安全隐患，一旦船速超过4 m/s，风力机将出现较严重的结构损伤；发生碰撞后，风力机塔顶的动能随风载荷的增大而增大，塔顶的重心可能偏离安全区域，有倾覆的风险；船舶航向为顺风向时风力机的结构损伤最大，船舶航向为迎风向时风力机的结构损伤最小。
Abstract
Objective
2
Offshore wind turbines are exposed to the risk of collision with vessels
where the effect of wind loads cannot be ignored. However
existing studies tend to adopt steady-state wind loads
which are inconsistent with actual conditions.
Methods
2
By adopting transient wind loads that are more consistent with actual working conditions
the collision processes between three types of offshore wind turbines and vessels under various wind speeds and directions were simulated using the Ls-Dyna software
and the dynamic responses
crashworthiness
and their influencing factors of the wind turbine foundations during the collision were analyzed.
Results
2
The results show that the monopile foundation wind turbine exhibits the worst crashworthiness and the highest sensitivity to loads
while the jacket foundation wind turbine achieves the best overall crashworthiness. Compared with wind speed and direction
vessel speed has a more significant impact on the structural safety of wind turbines. When the vessel speed is not more than 4 m/s
wind turbines can still operate normally under the rated wind speed but with certain potential safety hazards. Once the vessel speed exceeds 4 m/s
the wind turbines will suffer severe structural damage. After a collision occurs
the kinetic energy of the wind turbine tower top increases with the increase of wind loads; the center of gravity of the tower top may deviate from the safe zone
leading to a risk of overturning. In addition
the wind turbine sustains the maximum structural damage when the vessel sails downwind
whereas the minimum structural damage occurs when the vessel sails upwind.
关键词
Keywords
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